(57)【要約】【課題】既存のものよりも一層小型化して高性能で安価な圧電振動ジャイロを作製し得る圧電材料を用いた圧電振動ジャイロ用振動子を提供すること。【解決手段】この振動子４は、Ｙ軸方向を長さ方向として延びた四角柱状の圧電体５の表面に対し、四角形の電極６，７，８，９を各面に設けると共に、電極６，８が設けられた面の電極６と電極８との近傍にそれぞれ長さ方向に平行に延びるように一対の帯状電極１０，１１と一対の帯状電極１２，１３とが設けられている。圧電体５の圧電材料として、様々な長所［電気機械結合係数を大きくできると共に、所定の方向に振動させ易い結晶方位を持たせることが可能であり、しかも音速が低くてエッチング加工も可能であることにより振動子自体を小さくできる］を持つ酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いている。【選択図】図１
2005265577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を印加することで所定の方向に振動させることが可能な駆動電極、及びその振動の方向に対して垂直な方向の振動を電気的に検出可能な位置に配備された検出電極を備えた圧電材料から成る圧電振動ジャイロ用振動子において、前記圧電材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶であることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動ジャイロ用振動子において、前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、添加剤を添加又は熱処理することにより比抵抗が１０６Ω・ｃｍ以上を示すものであることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
【請求項３】
請求項２記載の圧電振動ジャイロ用振動子において、一軸方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と垂直な面方向における断面形状が多角形の柱状圧電体として構成されると共に、該柱状圧電体の長さ方向と前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、該柱状圧電体の長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角にして４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にあることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
【請求項４】
請求項２記載の圧電振動ジャイロ用振動子において、一軸方向を長さ方向とする少なくとも２つ以上のアームを有する音叉形圧電体として構成されると共に、該アームの長さ方向と前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、該アームの長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角にして４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にあることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御、或いはカメラ一体型ＶＴＲの手振れ防止装置等に用いられるジャイロスコープに属されると共に、振動を利用した圧電振動ジャイロ用振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、振動ジャイロは、速度を持つ物体に角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサとして知られている。
【０００３】
即ち、振動ジャイロは、電気的な信号を印加することで機械的な振動（駆動振動）を励起させることができ、且つ駆動振動と直交する方向の機械的振動（検出振動）の大きさを電気的に検出可能な系において、予め駆動振動を励起させた状態で駆動振動面と検出振動面との交線と平行な軸を中心とした角速度を与えると、上述したコリオリ力の作用により検出振動が発生し、出力電圧として検出されるものである。検出された出力電圧は駆動振動の大きさ及び角速度に比例するため、駆動振動の大きさを一定にした条件下で出力電圧の大きさから角速度の大きさを求めることができる。因みに、振動ジャイロ中にあって、電気的信号と機械的振動との変換を圧電効果で行うものが圧電振動ジャイロと呼ばれている。
【０００４】
現在、圧電振動ジャイロに用いられる振動子としては、振動子本体が圧電体から成る構造のものが生産性及び精度に優れることにより広く利用されている。圧電性を示す材料は、これまでに盛んに開発報告されており、その数も多いが、実際に電子デバイスとして応用されている材料は数少ない。圧電振動ジャイロ用振動子においても、現在までに実用化に至っている圧電材料は、多結晶構造のものではＰＺＴ系セラミックス、単結晶構造のものでは水晶やニオブ酸リチウムに留まっているのが現状である。又、これらの圧電材料についても一長一短があり、そうした長所や短所が圧電振動ジャイロの性能のみならず、形状や生産性に大きく影響を与えている。
【０００５】
例えば小形で安価な圧電振動ジャイロを得るために、振動子構成する圧電材料に必要とされる特性としては、電気機械結合係数が大きいこと、温度に対して弾性及び圧電性が安定していること、音速が低いこと、加工性が優れること、材料自体の生産性が優れること等が挙げられる。
【０００６】
具体的に言えば、電気機械結合係数が大きいと、所定の検出感度を得るために振動子の出力を低倍率の増幅で扱えること等により駆動検出回路の規模を小さく済ませることができ、小型で安価な圧電振動ジャイロが得られる。温度の安定性に関しても、温度変化に対して弾性及び圧電性の変化が小さい場合には、特別な補正手段を用いなくとも簡易な回路で振動ジャイロの出力を温度に対して安定化することができ、これもまた駆動検出回路の規模を小さく済ませることができる。又、耐熱性に優れていると、圧電振動ジャイロを容易にリフロー実装することができ、圧電振動ジャイロの端子を表面実装の形態とすることが可能で実装面を含めた全体の小型化が可能となる。音速が低ければ、例えば屈曲振動を利用する振動子の小形化を考えた場合、振動子の形状を細長いものにしなくとも共振周波数を低くでき、つまりは感度を維持でき、強度面からも小さく設計し易くなる。加工性が優れて異方性エッチングが可能であれば、フォトリソグラフィ技術を利用して微細加工でき、全体の小型化が可能になる（特許文献１参照）ことが知られている。材料自体の生産性が優れていれば、無論、基本的な条件である材料製造に関する技術的な完成度の高さ、原料の入手性、簡単なプロセスで製造できて安価となる（但し、製造プロセスを含み材料が環境に対して無害であることは、重要な項目であり、材料選定上無視できない）。
【０００７】
こうした観点から圧電振動ジャイロ用振動子に実用化されている従来の圧電材料の特徴を以下に説明する。
【０００８】
ＰＺＴ系セラミックスの場合、電気機械結合係数が大きいため、駆動検出回路の規模を小さいものにしても所定の感度を得られるという利点がある他、音速も低くて振動子の長さを短くできるため、小型化にも有利である。しかしながら、化学的に安定な材料であるため、加工そのものは機械的なものに頼らざるを得ず、微細な加工には限度があり、しかもキュリー点が一般的に低く、リフロー等の高温環境下に晒された場合には少なからずとも圧電性劣化が伴うため、性能にばらつきが生じ易いという欠点もある。
【０００９】
次に、水晶の場合、周波数の温度特性が優れるため、圧電振動ジャイロ用振動子として使用すると温度変化に対して出力が安定し、つまりは高精度な振動ジャイロが得られ易いという利点がある他、フッ酸でのエッチングによる微細加工が可能であるため、振動子の小型化にも適した材料となっている。しかしながら、電気機械結合係数が小さいため、振動子としての駆動及び検出効率が悪く、それを補うための回路部分の構成が複雑になりがちであり、結果的にデバイスサイズとしては小型化できない難点がある。
【００１０】
更に、ニオブ酸リチウムの場合、電気機械結合係数が大きい上、多結晶体のＰＺＴ系セラミックスよりは一般的に温度変化に対して安定であるという利点があり、回路規模を非常に小さく済ませることが可能である。しかしながら、音速が高いため、振動子の共振周波数が高くなって小型化した際に感度低下を招く欠点があると同時に、ＰＺＴ系セラミックスの場合と同様にエッチング加工が困難な材料であるため、機械的加工に頼らざるを得ず、微細加工にも難点がある。
【００１１】
この他、圧電振動ジャイロに用いられる振動子として、振動子本体がシリコンや金属で構成され、表面に圧電素子を何らかの手段で接合するタイプのものも良く知られている。例えばＰＺＴ系セラミックスや酸化亜鉛ＺｎＯをスパッタリングや蒸着により薄膜として振動子本体に堆積させることにより、振動子を小型したもの（特許文献２参照）が挙げられる。しかしながら、特許文献２に開示された技術の場合、圧電体自体の電気機械結合係数が大きくても、振動子としての振動効率が悪いため、回路規模が大きくなることにより、結果として圧電振動ジャイロを小型で安価に作製することが困難となっている。
【００１２】
【特許文献１】特開昭６０−７３４１４号公報［特許請求の範囲の（１）、第５頁］
【特許文献２】特開平５−２０９７５４号公報（第３頁乃至第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように圧電振動ジャイロ用振動子として提案され、実用化されている既存の圧電材料の場合、多かれ少なかれ欠点を有しており、その欠点が圧電振動ジャイロを小型で安価に作製することを困難にしているという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、既存のものよりも一層小型化して高性能で安価な圧電振動ジャイロを作製し得る圧電材料を用いた圧電振動ジャイロ用振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、交流電圧を印加することで所定の方向に振動させることが可能な駆動電極、及びその振動の方向に対して垂直な方向の振動を電気的に検出可能な位置に配備された検出電極を備えた圧電材料から成る圧電振動ジャイロ用振動子において、圧電材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶である圧電振動ジャイロ用振動子が得られる。
【００１６】
又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用振動子において、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、添加剤を添加又は熱処理することにより比抵抗が１０６Ω・ｃｍ以上を示すものである圧電振動ジャイロ用振動子が得られる。
【００１７】
更に、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用振動子において、一軸方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と垂直な面方向における断面形状が多角形の柱状圧電体として構成されると共に、該柱状圧電体の長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、該柱状圧電体の長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角にして４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にある圧電振動ジャイロ用振動子が得られる。
【００１８】
加えて、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用振動子において、一軸方向を長さ方向とする少なくとも２つ以上のアームを有する音叉形圧電体として構成されると共に、該アームの長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、該アームの長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角にして４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にある圧電振動ジャイロ用振動子が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電振動ジャイロ用振動子の場合、振動子圧電材料に酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いているため、電気機械結合係数が高くて温度特性が安定し、又音速が低くてエッチング加工も可能となることにより、小さい回路規模で圧電振動ジャイロを構成することができると共に、振動子自体も小さくでき、しかも酸化亜鉛（ＺｎＯ）自体が環境的にも無害な材料で安価なプロセスで製造できるようになり、結果として、従来品よりも一層小型化して高性能で安価な圧電振動ジャイロを作製し得るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の最良の形態に係る圧電振動ジャイロ用振動子は、交流電圧を印加することで所定の方向に振動させることが可能な駆動電極、及びその振動の方向に対して垂直な方向の振動を電気的に検出可能な位置に配備された検出電極を備えた圧電材料から成るものにおいて、圧電材料を酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶とするものである。
【００２１】
又、このような振動子として、一軸方向を長さ方向としてその長さ方向と垂直な面方向における断面形状が多角形の柱状圧電体として構成されると共に、柱状圧電体の長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、柱状圧電体の長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角θにしてほぼ４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にある［換言すれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶におけるＹ軸が柱状圧電体の長手方向に対して６０度±２０度を成す方向にあることを示す］ものとするか、或いは一軸方向を長さ方向とする少なくとも２つ以上のアームを有する音叉形圧電体として構成されると共に、アームの長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、アームの長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角θにしてほぼ４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にある［換言すれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶におけるＹ軸がアームの長手方向に対して６０度±２０度をなす方向にあることを示す］ものとするものである。何れの振動子においても、小型化した上で優れた圧電特性を維持させるため、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶として、添加剤を添加又は熱処理することにより比抵抗が１０６Ω・ｃｍ以上を示すものとする。
【００２２】
因みに、ここでの振動子の形状は、多角形の柱状圧電体（音片状圧電体）や音叉形圧電体等の形状に限定されるものでは無く、振動を利用可能であれば任意な形状にすることができる。酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、水晶と同様のプロセスである水熱合成法により結晶育成を行うことが可能であり、一般に比抵抗が低いために熱処理等によりその比抵抗を変えられるという酸化亜鉛（ＺｎＯ）の特徴を利用し、強誘電性を有する比抵抗の高い（つまりは絶縁体領域ある）ものを用いることが可能であり、更に、バルク単結晶は結晶方位により電気機械結合係数が異なるため、より電気機械結合係数を大きくできると共に、所定の方向に振動させ易い結晶方位を持たせることが可能である。従って、このような酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を振動子用圧電材料として使用し、その表面に複数の電極を形成して構成される圧電振動ジャイロ用振動子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の音速が低くてエッチング加工も可能であることにより振動子自体を小さくできるため、従来よりも小型化した場合でも高性能で安価な圧電振動ジャイロを作製することができる。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係る圧電振動ジャイロ用振動子４の基本構成を示した外観斜視図である。又、図２はこの振動子４の図１中に示すＡ−Ａ′線方向における断面図であり、図３は同様にこの振動子４の図１中に示すＢ−Ｂ′線方向における断面図である。尚、図１乃至図３中では振動子４を便宜上、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向に対応させて示し、基本動作の原理を分り易く説明できるように振動子４を構成する四角柱状の圧電体５については、Ｚ軸方向の電界に対してのみＹ軸方向に歪みを発生し、同様にＹ軸方向の歪みに対してはＺ軸方向に電界が発生するものとし、その他の圧電効果は考えないものとし、図２及び図３中では分極方向をＰとして示している。
【００２４】
この圧電振動ジャイロ用振動子４の場合、Ｙ軸方向を長さ方向として延びた四角柱状の圧電体５の表面に対し、四角形の電極６，７，８，９を各面に設けると共に、電極６，８が設けられた面の電極６と電極８との近傍にそれぞれ長さ方向に平行に延びるように一対の帯状電極１０，１１と一対の帯状電極１２，１３とが設けられており、圧電体５の圧電材料として、上述した様々な長所［電気機械結合係数を大きくできると共に、所定の方向に振動させ易い結晶方位を持たせることが可能であり、しかも音速が低くてエッチング加工も可能であることにより振動子自体を小さくできる］を持つ酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いている。
【００２５】
この振動子４において、電極７，９を導通するように接続して接地用電極とし、電極６を駆動用電極として用いるものとし、電極６と電極７，９との間に交流電圧を印加すると、図２中に点線矢印で示される電界により上部側に電界の大きさに応じた歪みがＹ軸方向の向きに発生し、下部側には電界が生じないために歪みも生じない。これにより、図４で示されるように、振動子４においてＺ軸方向にノード１４及びノード１５を有する１波長の屈曲振動を励起させることができる。但し、自励発振で安定して変位を大きく屈曲振動させるためには、印加する交流電圧を図４で示す振動モードにおける共振周波数の近傍の周波数とする必要があるが、このときに電極８を自励発振用のフィードバック電極として用いても構わない。
【００２６】
このように図４に示される屈曲振動を励起した状態にあって、Ｙ軸方向の軸と平行な軸を中心とした角速度が振動子４に加わると、コリオリ力の作用により図５に示されるようにＸ軸方向へ検出用屈曲振動が新たに励起される。このとき、図３中ではＹ軸方向の向きに左右逆位相の伸縮歪みが発生することにより、点線方向に示す電界が左右逆位相で発生する。この結果、帯状電極１０と帯状電極１２とには同位相の電荷が発生し、帯状電極１１と帯状電極１３とにはそれとは逆位相の電荷が発生することになる。従って、帯状電極１０及び帯状電極１２を接続した端子と、帯状電極１１及び帯状電極１３を接続した端子との電荷発生量を比較することにより、加えられた角速度を算出することができる。
【００２７】
図６は、この振動子４を用いて圧電振動ジャイロを作製する場合に適用（接続）される駆動検出回路を例示したものである。この駆動検出回路は、振動子４を自励発振するために電極６と電極８とに接続された発振回路２２と、それぞれ負極側を非反転端子として基準電位となるように接地接続すると共に、それぞれ出力側と入力側の正極側との間を所定の抵抗値の抵抗器１８，１９を介して接続することで負帰還をかけて反転端子としたものに電極１０及び電極１２に接続された端子と電極１１及び電極１３に接続された端子とを接続し、各端子から得られる電流を電圧に変換するための電流検出回路として働くオペアンプ１６，１７と、それぞれ各端子から発生した電圧を差動増幅する差動回路２０と、発振回路２２からの発振信号を利用して差動増幅された各端子からの電圧の同期検波を行って検波信号を出力する検波回路２１と、検波信号を整流して角速度に比例した直流出力電圧を出力端子（基準電位）２４へ出力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３とを備えて構成される。尚、電極７及び電極９は、互いに接続されて基準電位となるように接地される。
【００２８】
この駆動検出回路において、発振回路２２は、電極８でフィードバックされる信号の位相及びゲインを調整するようにして電極６に対して所定の周波数の発振信号を入力することにより振動子４を自励発振する。この状態で振動子４に角速度が付与されると、電極１０及び電極１２に接続された端子と電極１１と電極１３に接続された端子とから電流が発生し、この電流がオペアンプ１６，１７で電圧に変換されて差動回路２０へ送出される。差動回路２０では各端子における電圧を差動増幅して検波回路２１へ送出し、検波回路２１では発振回路２２からの発振信号を利用して差動増幅された各端子からの電圧の同期検波を行った検波信号をローパスフィルタ２３へ送出し、ローパスフィルタ２３では検波信号を整流して角速度に比例した直流出力電圧を出力端子２４へ出力する。
【００２９】
ところで、振動子４を構成する圧電体５の圧電材料は、従来よりも更に小型で安価な圧電振動ジャイロを作製可能なように、電気機械結合係数を大きくでき、温度変化に対して安定し、且つ音速が低くて加工性に優れ、しかも材料自体の生産性にも優れるものを検討した結果、周知の振動子用の圧電材料として研究開発報告例の無かった酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いている。この酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、理想的な圧電材料であることが判っており、水晶の育成と同一なプロセスの水熱合成法により大量に生産可能であるために生産性が優れる上、環境問題においても無害で多結晶体として古くから多種多様な用途に使用されているもので、市場実績もある。又、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、氷酢酸等でウエットエッチングが可能なもので、結晶方位によりエッチングレートに大きな差を有することも確認できており、水晶と同様に異方性エッチングを利用した微細加工も可能である。
【００３０】
そこで、こうした特色を持つ酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を使用して図１に示したような実施例１に係る振動子４を作製し、比較のために従来の圧電材料として良く使用されている水晶，ニオブ酸リチウム（単結晶），ＰＺＴ系セラミックス（多結晶）を使用した比較例に係る振動子も同時に作製した。尚、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶は、Ｌｉ２Ｏ等の添加物の添加又は熱処理することによりその抵抗値が変化するため、予め抵抗値の異なる試料を準備して圧電特性を確認したところ、比抵抗が１０６Ω・ｃｍ以上である場合にのみ圧電性を確認できた。この結果、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の比抵抗は１０６Ω・ｃｍ以上である必要がある。
【００３１】
具体的に言えば、実施例１に係る振動子４及び比較例に係る振動子は、全体形状として、一軸方向を長さ方向とし、その長さ方向と垂直な面方向における断面形状が正方形の四角柱状体を外観寸法が縦１ｍｍ×横１ｍｍ×長さ１５ｍｍとなるように作製した。
【００３２】
図７は、このように四角柱状体として作製された実施例１に係る振動子４及び比較例に係る振動子における長さ方向と結晶方位との関係を示したものである。ここでは、作製された各試料の各振動子において、柱状体の長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶やその他の結晶の結晶方位との関係として、柱状体の長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう所定の方向Ｐを示している。
【００３３】
表１は、作製された各試料の各振動子において、圧電材料の種別な方向Ｐ，長さ方向（Ｙ軸方向）から方向Ｐまでの回転角θ，Ｚ軸方向（方向Ｚ）及びＸ軸方向（方向Ｘ）の結晶方位，並びに結晶構造を示したものである。
【００３４】
【表１】
2005265577.tif 000003
【００３５】
尚、各試料の各振動子について、結晶方位は、結晶構造の非中心対称性を考慮し、Ｘ軸方向に対する電界に対して滑べり以外の圧電性を極力持たせないように、換言すればＺ軸方向に対する電界のみに圧電性を持たせることにより、単純な電極配置で各振動子を特定の方向にまっすぐ振動させることができるようにした。又、電気機械結合係数の結晶方位の依存性についても考慮する必要があるが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶については過去に研究報告例がないため、試料２（実施例１に係るもの）では、各コンプライアンス，圧電歪定数，及び誘電率のマトリクスに基づいて、電気機械結合係数の最大値が結晶軸であるＸ軸を回転軸として＋Ｙ方向から＋Ｚ方向へと回転角θにしてほぼ６０度で回転して得られる方向にあることを算出している。その圧電材料に関しても、ほぼ最大の電気機械結合係数を得られるものを準備している。
【００３６】
次に、各試料の振動子に対してメタルマスクを用いたスッパッタリングにて金電極をパターニングし、電極構造として図１に示したような四角形の電極６〜９と帯状電極１０〜１３とを形成した。
【００３７】
表２は、ここで作製された電極付きの振動子の各試料における機械的インピーダンス特性として、共振周波数ｆｒ（Ｈｚ）と容量比とを示したものである。尚、容量比γは、電気機械結合係数ｋに反比例する特性であり、その値が小さい程効率が良いことを意味する。
【００３８】
【表２】
2005265577.tif 000004
【００３９】
表２からは、試料Ｎｏ．１，２の酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いた振動子の場合、共振周波数ｆｒは単結晶の中では水晶並みに低く、バルク材として改めて音速が低いこと、並びに容量比も小さくなることを確認できた。特に、上述した最大の電気機械結合係数が得られる結晶方位の試料Ｎｏ．２の酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いた振動子の場合、ニオブ酸リチウム単結晶や多結晶ＰＺＴ系セラミックスと比較しても遜色ない容量比の小ささである。
【００４０】
表３は、表２の結果や、各圧電材料のエッチング加工性を考慮し、図６に示したような駆動検出回路を用いて圧電振動ジャイロを作製した場合の回路規模，振動子サイズ，トータルサイズ（圧電振動ジャイロのサイズ）を対比して示したものである。
【００４１】
【表３】
2005265577.tif 000005
【００４２】
表３からは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いた圧電振動ジャイロの場合、その他の圧電材料を用いた圧電振動ジャイロの場合よりも、振動子の効率の良さから回路規模を小さくできると共に、エッチング加工が可能で音速も低いために振動子を小型にできることにより、従来に無く小型で安価に構成できることを確認できた。
【００４３】
尚、実施例１に係る圧電振動ジャイロ用振動子の場合、表２に示したものは回転角θが６０度の場合であったが、様々な試行を経ての比較検討の結果、回転角θはほぼ４０〜８０度の範囲にあれば同様な効果が得られることも判った。又、実施例１に係る圧電振動ジャイロ用振動子では、振動子の形状として正四角柱状圧電体を例示して酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いた場合の優位性を説明したが、圧電振動ジャイロの原理上、例えば振動子の形状をその他の多角形柱状の音片形圧電体としたり、或いは音叉形圧電体にしても、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶を用いれば、その形状の変更に左右されず他の圧電材料を用いたときよりも、小型で安価に作製できるという同様な効果が得られる。但し、振動子を音叉形圧電体とした場合、一軸方向を長さ方向とする少なくとも２つ以上のアームを有する構成となり、アームの長さ方向と酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバルク単結晶の結晶方位との関係として、アームの長さ方向が結晶軸におけるＸ軸を回転軸とした上でＹ軸の正方向からＺ軸の正方向へ向かう回転角θにしてほぼ４０〜８０度の範囲で回転して得られる方向にあるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る圧電振動ジャイロ用振動子の基本構成を示した外観斜視図である。
【図２】図１に示す圧電振動ジャイロ用振動子の図１中に示すＡ−Ａ′線方向における断面図である。
【図３】図１に示す圧電振動ジャイロ用振動子の図１中に示すＢ−Ｂ′線方向における断面図である。
【図４】図１に示す圧電振動ジャイロ用振動子を駆動して振動励起させたときの図２に対応する屈曲振動状態を示すものである。
【図５】図４で説明した圧電振動ジャイロ用振動子の屈曲振動状態にあって角速度が所定の方向に加えられることで新たに励起される図３に対応する検出用屈曲振動状態を示すものである。
【図６】図１に示す圧電振動ジャイロ用振動子を用いて圧電振動ジャイロを作製する場合に適用（接続）される駆動検出回路を例示したものである。
【図７】図１に示す圧電振動ジャイロ用振動子及び比較例に係る振動子における長さ方向と結晶方位との関係を示したものである。
【符号の説明】
【００４５】
４    振動子
５    圧電体
６〜９    電極
１０〜１３    帯状電極
１６，１７    オペアンプ
１８，１９    抵抗器
２０    差動回路
２１    検波回路
２２    発振回路
２３    ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２４    出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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